链式网络的区外故障测距延拓方法研究

钱永亮



链式网络的区外故障测距延拓方法研究

钱永亮

（云南电网有限责任公司文山供电局，云南 文山壮族苗族自治州 663000）

针对链式网的所有线路利用单端法或双端法进行故障定位，并针对传统测距法存在局限性的问题，提出一种针对链式网的行波测距范围延拓方法。通过一台行波测距装置获得的线路区外故障初始波头和故障点反射波波头实现对链式网的准确测距。

链式网络；故障测距；延拓方法；行波

1 概述

输电线路发生故障后快速、准确地确定线路故障位置，有助于减轻现场运维人员的巡线负担，缩短故障修复时间，减少系统停电损失，有效保证电力系统稳定运行。

现行的故障测距方法主要有故障分析法、阻抗法和行波法。行波法是利用故障行波在母线与故障点之间的传播时间来测定故障距离，其测距精度较高，适用范围较广。当线路发生故障后行波测距装置能够对所监测的各条线路进行测距，然而对于链式网络，若在输电线路的各端均装设行波测距装置，对链式网的所有线路利用单端法或双端法进行故障定位，势必增加测距成本，还将不可避免受到两种测距方法局限性的影响。

因此，需要探索一种针对链式网的行波测距范围延拓方法，通过一台行波测距装置获得的线路区外故障初始波头和故障点反射波波头实现对链式网的准确测距。

2 链式网络的区外故障测距延拓方法

在链式网络的一端装设行波测距装置采集量测端获得的下级线路故障时的故障初始行波和故障点反射波，通过行波测距理论以及经验波速进行故障定位，克服链式输电线路未被监测线路的故障测距困难和双端行波法运行成本高的缺点。链式网络的区外故障测距延拓方法是：三个变电站组成的链式网络，仅有与母线M相连的变电站内安装行波测距装置，当未被行波测距装置监测的输电线路NP发生故障后，利用行波测距装置采集健全线路MN中靠近母线M侧量测端TA1的电流行波，并分别记录故障初始行波和故障点反射波通过健全线路MN传播到TA1的时间，再求其时间差∆，最后结合测距理论以及经验波速计算故障距离.具体步骤如下。

2.1 故障波头时间差的求取

对由三个变电站组成的链式网络，仅有与母线M相连的变电站内安装行波测距装置，当未被行波测距装置监测的输电线路NP发生故障后，故障初始行波到达母线N后发生透射和反射，透射行波沿健全线路MN继续传播，反射行波到达故障点后又发生反射并经母线N透射到健全线路MN上，因此健全线路MN的量测端TA1能感受到来自故障点的初始行波和故障点反射波，根据电流行波图找出故障初始行波到达母线N端并经母线N透射到健全线路MN后，量测端TA1获得的故障波头时间，记为1；故障点反射波经母线N透射到健全线路MN时，量测端TA1获得的故障波头时间记为2，求取其时间差为：

∆=1－2. （1）

式（1）中：1为量测端TA1获得的故障初始行波到达母线N端并经母线N透射到健全线路MN的故障波头时间；2为量测端TA1获得的故障点反射波到达母线N端并经母线N透射到健全线路MN后量测端TA1获得的故障波头时间。

2.2 链式网络的故障定位

根据公式（1）计算故障距离如下：

=·∆/2. （2）

式（2）中：为故障点距离母线的距离；为波速。

3 应用实例及分析

3.1 应用实例1

由3个变电站M、N、P组成的链式网络如图1所示，健全线路MN的长度=90 km，故障线路NP=120 km。假设线路NP距离母线N端40 km处发生A相接地故障，故障初始角为60°，过渡电阻为10 Ω，采样率为1 MHz。

应用实例1线路NP故障时TA1检测到的电流行波如图2所示。根据图2找出故障波头对应的时间1=0.265 071 s，2=0.265 34 s；求故障波头时间差∆=1－2=0.000 269 s，为经验波速，大小为2.98×108m/s；最后利用公式（2）计算故障距离=·∆/2= 40.081 km。

3.2 应用实例2

由三个变电站M、N、P组成的链式网络，健全线路MN的长度=90 km，故障线路NP=120 km。假设线路NP距离母线N端100 km处发生A相接地故障，故障初始角为90°，过渡电阻为10 Ω，采样率为1 MHz。

应用实例2线路NP故障时TA1检测到的电流行波如图3所示。根据图3找出故障波头对应的时间1=0.265 333 s，2=0.266 001 s，故障波头时间差∆=1－2=0.000 668 s，为经验波速，大小为2.98×108m/s，最后利用公式（2）计算故障距离=·∆/2= 99.532 km。所提出的链式网络区外故障测距延拓方法只需在链式网络的一端安装检测设备，克服了未被监测线路的故障测距困难和双端行波法运行成本高的缺点，降低了建设成本。此外，此方法不受故障瞬时性以及故障电阻变化等因素的影响，测距结果准确可靠。

图1 链式网结构图

图2 应用实例1线路NP故障时TA1检测到的电流行波图

图3 应用实例2线路NP故障时TA1检测到的电流行波图

4 总结

利用回路电流故障主导波头时差的输电线路故障行波定位方法，算法基于单测点获得的回路行波信息，兼具无需对侧通讯与时间同步以及故障首波头易标定的优势，且对特定拓扑形式能实现测距范围延拓，但是测距精度与现场线路长度和波速的精确度有关，虽然现场自动实现存在一定难度，但是根据回路波头时间差的方法可以进行测距范围的延拓。

对于链式网络，可以利用上一级输电线路的行波测距装置对下一级线路的故障进行初步粗测，由于行波在母线处会受到多条线路折射和母线杂散电容的影响，损失了大量能量，被行波测距装置捕捉到时，可能波头已经衰减或畸变较为严重，但是在波头未完全消失殆尽的情况下，依然有利用行波测距装置进行测距的可能性。

［1］高效海，苏晓龙.一种新的单端行波测距方法［J］.电力系统保护与控制，2016，44（12）：87-91.

［2］桑亚平.基于行波法的输电线路故障测距方法的研究与实现［D］.哈尔滨：东北农业大学，2007.

2095－6835（2018）23－0017－02

TM75

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2018.23.017

〔编辑：严丽琴〕